C语言-＞动态内存管理
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✅作者简介：大家好，我是橘橙黄又青，一个想要与大家共同进步的男人
个人主页：橘橙黄又青_C语言,函数,指针-CSDN博客
目的：学习malloc，free，calloc，realloc函数的使用。
1. 为什么要有动态内存分配
我们已经掌握的内存开辟⽅式有：
int val = 20;//在栈空间上开辟四个字节
char arr[10] = {0};//在栈空间上开辟10个字节的连续空间 但是上述的开辟空间的⽅式有两个特点：
• 空间开辟⼤⼩是固定的。• 数组在申明的时候，必须指定数组的⻓度，数组空间⼀旦确定了⼤⼩不能调整。
但是对于空间的需求，不仅仅是上述的情况。有时候我们需要的空间⼤⼩在程序运⾏的时候才能知
道，那数组的编译时开辟空间的⽅式就不能满⾜了。
C语⾔引⼊了动态内存开辟，让程序员⾃⼰可以申请和释放空间，就⽐较灵活了。
补充一下动态内存在内存中的分布：
2. malloc和free
2.1 malloc
C语⾔提供了⼀个动态内存开辟的函数：
void* malloc (size_t size);
这个函数向内存申请⼀块连续可⽤的空间，并返回指向这块空间的指针。
• 如果开辟成功，则返回⼀个指向开辟好空间的指针。• 如果开辟失败，则返回⼀个 NULL 指针，因此malloc的返回值⼀定要做检查。• 返回值的类型是 void* ，所以malloc函数并不知道开辟空间的类型，具体在使⽤的时候使⽤者⾃ ⼰来决定。• 如果参数 size 为0，malloc的⾏为是标准是未定义的，取决于编译器
代码演示：
int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int))开辟10个整形空间
malloc(字节)2.2 free
C语⾔提供了另外⼀个函数free，专⻔是⽤来做动态内存的释放和回收的，函数原型如下：
void free (void* ptr); free函数⽤来释放动态开辟的内存注意：
• 如果参数 ptr 指向的空间不是动态开辟的，那free函数的⾏为是未定义的。• 如果参数 ptr 是NULL指针，则函数什么事都不做。malloc和free都声明在 stdlib.h 头⽂件中。
举个例⼦：
#include
#include
int main()
{
int num = 0;
scanf("%d", &num);
int arr[num] = {0};
int* ptr = NULL;
ptr = (int*)malloc(num*sizeof(int));
if(NULL != ptr)//判断ptr指针是否为空
{
int i = 0;
for(i=0; i 3. calloc和realloc
3.1 calloc
C语⾔还提供了⼀个函数叫 calloc ， calloc 函数也⽤来动态内存分配。原型如下：
void* calloc (size_t num, size_t size); • 函数的功能是为 num 个⼤⼩为 size 的元素开辟⼀块空间，并且把空间的每个字节初始化为0。
• 与函数 malloc 的区别只在于 calloc 会在返回地址之前把申请的空间的每个字节初始化为全
0 。
举个例⼦：
#include
#include
int main()
{
int *p = (int*)calloc(10, sizeof(int));
if(NULL != p)
{
int i = 0;
for(i=0; i<10; i++){
printf("%d ", *(p+i));
}
}
free(p);
p = NULL;
return 0;
} 输出结果：
所以如果我们对申请的内存空间的内容要求初始化，那么可以很⽅便的使⽤calloc函数来完成任务。
3.2 realloc
• realloc函数的出现让动态内存管理更加灵活。• 有时会我们发现过去申请的空间太⼩了，有时候我们⼜会觉得申请的空间过⼤了，那为了合理的时候内存，我们⼀定会对内存的⼤⼩做灵活的调整。那 realloc 函数就可以做到对动态开辟内存⼤⼩的调整。
函数原型如下：
void* realloc (void* ptr, size_t size)；• ptr 是要调整的内存地址• size 调整之后新⼤⼩• 返回值为调整之后的内存起始位置。• 这个函数调整原内存空间⼤⼩的基础上，还会将原来内存中的数据移动到 新 的空间。
realloc在调整内存空间的是存在两种情况：
情况1：原有空间之后有⾜够⼤的空间
情况2：原有空间之后没有⾜够⼤的空间
情况1：
当是情况1 的时候，要扩展内存就直接原有内存之后直接追加空间，原来空间的数据不发⽣变化。
情况2：
当是情况2 的时候，原有空间之后没有⾜够多的空间时，扩展的⽅法是：在堆空间上另找⼀个合适⼤⼩ 的连续空间来使⽤。这样函数返回的是⼀个新的内存地址。
由于上述的两种情况，realloc函数的使⽤就要注意⼀些。
#include
#include
int main()
{
int *ptr = (int*)malloc(100);
if(ptr != NULL)
{
//业务处理
}
else
{
return 1;
}
//扩展容量
//代码1 - 直接将realloc的返回值放到ptr中
ptr = (int*)realloc(ptr, 1000);//这样可以吗？(如果申请失败会如何？)
//代码2 - 先将realloc函数的返回值放在p中，不为NULL，在放ptr中
int*p = NULL;
p = realloc(ptr, 1000);
if(p != NULL)//判断
{
ptr = p;
}
//业务处理
free(ptr);
return 0;
} 4. 常⻅的动态内存的错误
4.1 对NULL指针的解引⽤操作
void test()
{
int *p = (int *)malloc(INT_MAX/4);
*p = 20;//如果p的值是NULL，就会有问题
free(p);
}所以使用动态内存函数是一定要养成习惯判断是否为NULL
4.2 对动态开辟空间的越界访问
void test()
{
int i = 0;
int *p = (int *)malloc(10*sizeof(int));
if(NULL == p)
{
exit(EXIT_FAILURE);//报错
}
for(i=0; i<=10; i++)//问题就出在i==10
{
*(p+i) = i;//当i是10的时候越界访问
}
free(p);
}4.3 对⾮动态开辟内存使⽤free释放
void test()
{
int a = 10;
int *p = &a;
free(p);//ok?
}4.4 使⽤free释放⼀块动态开辟内存的⼀部分
void test()
{
int *p = (int *)malloc(100);
p++;
free(p);//p不再指向动态内存的起始位置
}4.5 对同⼀块动态内存多次释放
void test()
{
int *p = (int *)malloc(100);
free(p);
free(p);//重复释放
}4.6 动态开辟内存忘记释放（内存泄漏）
void test()
{
int *p = (int *)malloc(100);
if(NULL != p)
{
*p = 20;
}
}
int main()
{
test();
while(1);
} 忘记释放不再使⽤的动态开辟的空间会造成内存泄漏。
切记：动态开辟的空间⼀定要释放，并且正确释放 。
5. 动态内存经典笔试题分析
5.1 题⽬1：
void GetMemory(char *p)
{
p = (char *)malloc(100);
}
void Test(void)
{
char *str = NULL;
GetMemory(str);
strcpy(str, "hello world");
printf(str);
}输出结果是什么？
为什么？
这是因为str 传过去char*p是相当于值传递，是临时拷贝的str，函数销毁后，str还是不变，str还是NULL，所以没有输出。
5.2 题⽬2：
char *GetMemory(void)
{
char p[] = "hello world";
return p;
}
void Test(void)
{
char *str = NULL;
str = GetMemory();
printf(str);
}输出结果：
因为:
在这里p的地址的确传了回去的是地址后面的空间销毁了，所以才会出现这结果。
5.3 题⽬3：
void GetMemory(char **p, int num)
{
*p = (char *)malloc(num);
}
void Test(void)
{
char *str = NULL;
GetMemory(&str, 100);
strcpy(str, "hello");
printf(str);
// free(str);
// str = NULL;
}忘记了释放
5.4 题⽬4：
void Test(void)
{
char *str = (char *) malloc(100);
strcpy(str, "hello");
free(str);
if(str != NULL)
{
strcpy(str, "world");
printf(str);
}
}忘记str = NULL，且释放空间后又把world放进去，//非法访问
6. 柔性数组
也许你从来没有听说过柔性数组（flexible array）这个概念，但是它确实是存在的。
C99 中，结构中的最后⼀个元素允许是未知⼤⼩的数组，这就叫做『柔性数组』成员。
例如：
typedef struct st_type
{
int i;
int a[0];//柔性数组成员
}type_a; 有些编译器会报错⽆法编译可以改成：
typedef struct st_type
{
int i;
int a[];//柔性数组成员
}type_a;6.1 柔性数组的特点：
• 结构中的柔性数组成员前⾯必须⾄少⼀个其他成员 。• sizeof 返回的这种结构⼤⼩不包括柔性数组的内存 。• 包含柔性数组成员的结构⽤malloc ()函数进⾏内存的动态分配，并且分配的内存应该⼤于结构的⼤⼩，以适应柔性数组的预期⼤⼩。
例如：
typedef struct st_type
{
int i;
int a[0];//柔性数组成员
}type_a;
int main()
{
printf("%d\n", sizeof(type_a));//输出的是4
return 0;
}6.2 柔性数组的使⽤
代码1：
#include
#include
struct St
{
char c;
int n;
int arr[0];
};
int main()
{
struct St* ps = (struct St*)malloc(sizeof(struct St) + 10 * sizeof(int));//柔性数组开辟的空间：10 * sizeof(int)
if (ps == NULL)
{
perror("malloc");
return 1;
}
ps->c = 'w';
ps->n = 100;
int i = 0;
for (i = 0; i < 10; i++)
{
ps->arr[i] = i;
}
//数组空间不够
struct St* ptr = realloc(ps, sizeof(struct St) + 15 * sizeof(int));//改变柔性数组空间
if (ptr != NULL)
{
ps = ptr;
}
else
{
perror("realloc");//报错
return 1;
}
//...继续使用
for (i = 10; i < 15; i++)
{
ps->arr[i] = i;
}
for (i = 0; i < 15; i++)
{
printf("%d ", ps->arr[i]);
}
printf("\n%d\n", ps->n);
printf("%c\n", ps->c);
//释放
free(ps);
ps = NULL;
return 0;
} 还有另一种方式：
代码2：
struct St
{
char c;
int n;
int* arr;//使用指针的方式访问
};
int main()
{
struct St* ps = (struct St*)malloc(sizeof(struct St));
if (ps == NULL)
{
perror("malloc");//报错
return 1;
}
ps->c = 'w';
ps->n = 100;
ps->arr = (int*)malloc(10 * sizeof(int));//给柔性数组开辟空间
if (ps->arr == NULL)//判断
{
perror("malloc-2");//报错
return 1;
}
//使用
int i = 0;
for (i = 0; i < 10; i++)
{
ps->arr[i] = i;
}
//数组空间不够
int* ptr = (int*)realloc(ps->arr, 15 * sizeof(int));//这个可以，重点
if (ptr == NULL)
{
perror("realloc");
return 1;
}
else
{
ps->arr = ptr;
}
//使用
for (i = 10; i < 15; i++)
{
ps->arr[i] = i;
}
for (i = 0; i < 15; i++)
{
printf("%d ", ps->arr[i]);
}
printf("\n%d\n", ps->n);
printf("%c\n", ps->c);
//释放两次
free(ps->arr);
ps->arr = NULL;
free(ps);
ps = NULL;
return 0;
}上述的 type_a 结构也可以设计为下⾯的结构，也能完成同样的效果：
//代码2
#include
#include
typedef struct st_type
{
int i;
int *p_a;
}type_a;
int main()
{
type_a *p = (type_a *)malloc(sizeof(type_a));
p->i = 100;
p->p_a = (int *)malloc(p->i*sizeof(int));
//业务处理
for(i=0; i<100; i++)
{
p->p_a[i] = i;
}
//释放空间
free(p->p_a);
p->p_a = NULL;
free(p);
p = NULL;
return 0;
} 这样就简化很多了。
6.3 柔性数组的优势
上述 代码1 和 代码2 可以完成同样的功能，但是 ⽅法1 的实现有两个好处：
第⼀个好处是：⽅便内存释放
如果我们的代码是在⼀个给别⼈⽤的函数中，你在⾥⾯做了⼆次内存分配，并把整个结构体返回给⽤ ⼾。⽤⼾调⽤free可以释放结构体，但是⽤⼾并不知道这个结构体内的成员也需要free，所以你不能指望⽤⼾来发现这个事。所以，如果我们把结构体的内存以及其成员要的内存⼀次性分配好了，并返回给⽤⼾⼀个结构体指针，⽤⼾做⼀次free就可以把所有的内存也给释放掉。
第⼆个好处是：这样有利于访问速度.
连续的内存有益于提⾼访问速度，也有益于减少内存碎⽚。（其实，我个⼈觉得也没多⾼了，反正你 跑不了要⽤做偏移量的加法来寻址）。
扩展阅读：
C语⾔结构体⾥的数组和指针。
好了今天就到这里了，都看到这里了点一个赞吧，感谢观看。